(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの溝を加工するための溝加工装置であって、
前記溝の断面に対応した凸形状の先端面を有しかつこの先端面を前記溝内に進入させるバックアップ部材と、
前記バックアップ部材の先端面に巻掛けることによって該先端面に沿う形状となるラッピングテープと、
前記ラッピングテープが前記ワークの前記溝と平行な方向に張るよう該ラッピングテープを前記バックアップ部材に向かって供給するテープ供給機構と、
前記バックアップ部材の先端面を前記ラッピングテープと共に前記溝の内面に向かって押圧する押付け機構とを具備し、
前記ワークが螺旋状のねじ溝を有するボールねじであり、該ワークを軸まわりに回転させるための回転機構と、該ワークの軸線方向に移動可能な加工機本体部とを有し、該加工機本体部に前記テープ供給機構と前記バックアップ部材が設けられ、前記ねじ溝に前記バックアップ部材の先端面が進入し該先端面が前記ねじ溝と噛合うことにより、前記ワークが回転する際に前記加工機本体部が前記ワークの軸線方向に従動することを特徴とする溝加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリニアガイドやボールねじ等のワークに形成されるボール転動溝の内面を仕上げ加工するための溝加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばリニアガイドのレールやスライダのボール転動溝を所望の面精度（面粗さ）に仕上げるために、砥石を用いた溝加工装置が使用されることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
砥石を用いる溝加工装置は、砥石を成形するためのドレッサや砥石とワーク溝を正確に位置決めするための高精度の案内や送り装置が必要となり、機械が大きく複雑になる。また、面粗さを良くするためには砥粒径の小さい砥石を使用しなければならず、加工効率が悪い。
【０００４】
効率良く加工するために、粗、仕上げの２工程に分けて加工すると、粗加工された溝に仕上げ砥石を正確に位置決めする必要があり、難しい。位置ずれを考慮して仕上げ取代を多くとると加工効率が悪くなる。また、位置決め精度を上げるために同じ機械で加工すると、粗加工から仕上げ加工に移る時に砥石交換するか２つの砥石をもつ必要があり、より複雑で高価な機械が必要になる。
【０００５】
なお、ラッピングテープを用いる従来の加工装置では、図５に示すようにラッピングテープの移動方向が切替わる時のテープ端ｔ１，ｔ２付近の研磨量（取りしろ）が、それ以外の箇所の研磨量よりも大きくなり、本来は２点鎖線Ｍで示すように平坦であるべき加工面が実線Ｎで示す加工面のような形状崩れΔＨを生じてしまうことがある。
【０００６】
従ってこの発明の目的は、ラッピングテープを用いる低コストの装置で高精度にかつ能率良く溝を仕上げることができるような溝加工装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすための本発明は、ワークの溝を加工するための溝加工装置であって、前記溝の断面に対応した凸形状の先端面を有しかつこの先端面を前記溝内に進入させるバックアップ部材と、前記バックアップ部材の先端面に巻掛けることによって該先端面に沿う形状となるラッピングテープと、前記ラッピングテープが前記ワークの前記溝と平行な方向に張るよう該ラッピングテープを前記バックアップ部材に向かって供給するテープ供給機構と、前記バックアップ部材の先端面を前記ラッピングテープと共に前記溝の内面に向かって押圧する押付け機構とを具備し、前記ワークが螺旋状のねじ溝を有するボールねじであり、該ワークを軸まわりに回転させるための回転機構と、該ワークの軸線方向に移動可能な加工機本体部とを有し、該加工機本体部に前記テープ供給機構と前記バックアップ部材が設けられ、前記ねじ溝に前記バックアップ部材の先端面が進入し該先端面が前記ねじ溝と噛合うことにより、前記ワークが回転する際に前記加工機本体部が前記ワークの軸線方向に従動するものである。
【０００８】
ラッピングテープの幅あるいはバックアップ部材の幅よりも長い直線溝をラッピングテープの相対的な往復動によって加工する場合、前記移動機構は、移動方向を切替える際にワークに対するラッピングテープのストローク終端位置を順次変化させるようにするとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に開示例としての第１の実施形態について、図１から図４を参照して説明する。図１に示す溝加工装置１０は、ワークＷ１の一例であるリニアガイド用スライダのボール転動溝１１を仕上げ加工するものである。ボール転動溝１１の断面は、例えば半円形あるいはゴシックアーチ状などであり、予め機械加工によってワークＷ１の長手方向に沿って形成されている。
【００１０】
この実施形態の溝加工装置１０は、ワークＷ１を保持するためのクランプ機構１２を備えた加工テーブル１３と、加工ヘッド１４を備えた加工機本体部１５などを備えている。加工テーブル１３の一例は工作機械等の１軸テーブルであり、図３に模式的に示す移動機構２０によって、矢印Ａ方向（溝１１の軸線Ｘに沿う方向）に往復移動させることができるようになっている。しかもこの移動機構２０は、図４に示すように移動方向を切り替えるたびに、その移動ストロークをＳ１，Ｓ２…Ｓｎと複数段階に変化させることができるような制御手段を備えている。
【００１１】
図１に示すように加工機本体部１５に、フレーム２１と、供給リール２２と、供給側の送りローラ２３と、巻取リール２４と、巻取側の送りローラ２５などが設けられている。リール２２，２４は、図３に一部を示すリール駆動モータ２６によって回転させることができる。送りローラ２３，２５は、図３に一部を示すローラ駆動モータ２７によって回転させることができる。リール２２，２４とローラ２３，２５とモータ２６，２７等は、この発明で言うテープ供給機構２８を構成している。
【００１２】
加工機本体部１５に設けた加工ヘッド１４に、後述するバックアップ部材３０とガイドローラ３１，３２などが設けられている。加工ヘッド１４は、図示しない昇降機構によって上下方向に所望量移動させることが可能であり、例えば図１に示すように加工すべき溝１１の高さに応じて、バックアップ部材３０を所望の高さに位置させることができるようになっている。
【００１３】
供給リール２２にラッピングテープ３５が巻かれている。ラッピングテープ３５は、可撓性のテープ基材の表面に砥粒面を施したものであり、適度なテンションを与えてバックアップ部材３０の先端面３０ａに押付けた状態において、バックアップ部材３０の先端面３０ａに応じた形状に撓むことができるような可撓性を有している。このラッピングテープ３５は、ワークＷ１の幅方向、すなわち溝１１の軸線Ｘ（図３に示す）と直交する方向に沿ってバックアップ部材３０の先端面３０ａに巻掛けられている。
【００１４】
バックアップ部材３０は、例えばウレタンエラストマのようにゴム弾性を有する材料からなる。図２に示すようにバックアップ部材３０の先端面３０ａは、溝１１の円弧状断面に応じた形成されている。さらに詳しくは、バックアップ部材３０の先端面３０ａにラッピングテープ３５を重ねた状態において、ラッピングテープ３５の外面が溝１１の円弧形状と合致するようにしている。図示例の場合には、バックアップ部材３０の先端面３０ａの曲率半径Ｒ１にラッピングテープ３５の厚さＤを加えた寸法が溝１１の曲率半径Ｒ２に相当することになる。
【００１５】
ゴム弾性を有する材料によってバックアップ部材３０が形成されている場合、バックアップ部材３０がある程度弾性変形できるため、バックアップ部材３０と溝１１の位置が多少ずれていても、無理なく溝１１を加工することができる。バックアップ部材３０を金属等の硬質材料によって構成した場合には、バックアップ部材３０の位置を正確に規制すれば、バックアップ部材３０の位置に応じて、研磨加工によって溝１１の位置を修正することができる。また、ウレタン樹脂等の弾性材料からなるバックアップ部材のベースの先端面（溝１１と接する箇所）を、硬質材料によって被ったものを使用すれば、上記２つの特性を合わせたバックアップが可能となる。
【００１６】
加工機本体部１５はテンション用シリンダ４０を備えている。テンション用シリンダ４０は、加工ヘッド１４をガイドレール４１に沿って上昇させることにより、ラッピングテープ３５に適度なテンションを与える。またこの溝加工装置１０は、加工ヘッド１４を図１中の矢印Ｂ，Ｃ方向に付勢可能なエアシリンダ等を用いた押付け機構４２を備えている。
【００１７】
次に、上記構成の溝加工装置１０の作用について説明する。
図１に示すように供給リール２２から繰り出されたラッピングテープ３５は、供給側の送りローラ２３とガイドローラ３１を経由して、バックアップ部材３０の先端面３０ａに巻掛けられ、さらにガイドローラ３２と巻取側の送りローラ２５を経由して巻取リール２４に巻取られる。このラッピングテープ３５は、バックアップ部材３０と接する箇所において、テンション付与機構として機能するテンション用シリンダ４０によって適度なテンションが与えられることにより、バックアップ部材３０の先端面３０ａに沿う形状となる。
【００１８】
加工機本体部１５を押付け機構４２によって図１中の矢印Ｂ方向に移動させることにより、バックアップ部材３０を矢印Ｂ方向に移動させ、バックアップ部材３０の溝１１内に進入させてラッピングテープ３５を溝１１の内面に押付ける。この押付け状態を維持したまま、移動機構２０によってワークＷ１を溝１１の軸線Ｘに沿って第１の方向に相対移動させる。この場合、ワークＷ１はラッピングテープ３５の幅方向に移動することになる。そののち移動方向を切り替え、ワークＷ１を溝１１の軸線Ｘに沿って第２の方向（逆方向）に相対移動させる。そののち再び第１の方向に移動させる。
【００１９】
この実施形態の溝加工装置１０は、移動方向を切り替えるたびに、図４に示すようにラッピングテープ３５のストローク終端位置をＰ１，Ｐ２…Ｐｎと段階的に順次変化させるとともに、移動距離自体もＳ１，Ｓ２…Ｓｎと変化させる。こうしてラッピングテープ３５とワークＷ１をテープ３５の幅方向に相対的に往復移動させつつ、加工ストロークを溝１１の軸線Ｘ方向全体に振り分ける。こうすることにより、テープ３５の幅に比べてはるかに長いワークＷ１の溝１１を加工する場合に、軸線Ｘ方向に研磨量がばらつくことが回避され、溝１１の直線度と面粗さを向上させることができる。
【００２０】
上記のようにラッピングテープ３５によって溝１１の内面を所定回数研磨したのち、押付け機構４２を図１中の矢印Ｃ方向に移動させることにより、ラッピングテープ３５を溝１１から離す。そして供給リール２２から未使用のラッピングテープ３５を所定量繰り出すとともに、その繰り出し分だけ使用済みのラッピングテープ３５を巻取リール２４に巻取る。こうすることにより、ラッピングテープ３５の新たな砥粒面が溝１１に接することができるようになるため、砥石を用いる場合のようなドレッシングを要することなく、総型形状の面粗さを高精度に仕上げることが可能となる。
【００２１】
次に、図６〜図８に開示例としての第２の実施形態の溝加工装置１０Ａについて説明する。
図６に示すように、この溝加工装置１０Ａは、ワークＷ２を保持するためのクランプ機構５０を備えたテーブル５１と、テーブル５１上に設けた加工機本体部５２を備えている。ワークＷ２の一例はリニアガイドのレールである。
【００２２】
加工機本体部５２は、水平方向に延びるガイドレール５５に沿って移動可能であり、駆動モータ５６とギヤ５７等を用いた移動機構５８によって、ワークＷ２の溝６０の軸線方向に往復移動させることができるようになっている。図８に示すように、往復移動のストローク端を規制するためのストッパ６１，６２と、ストローク端検出用の近接スイッチ６３，６４なども備えている。
【００２３】
加工機本体部５２のフレーム７０に加工ヘッド７１が設けられている。加工ヘッド７１は、エアシリンダ等を用いた押付け機構７２（図８に示す）によって、上下方向のリニアガイド７３に沿って、上下方向に移動させることができるようになっている。
【００２４】
この加工ヘッド７１に、供給リール７５と、巻取リール７６と、テープ送りローラ７７，７８と、クランプローラ７９，８０と、テンションローラ８１，８２と、バックアップ部材８３などが設けられている。送りローラ７７，７８は、図６に一部を示すローラ駆動モータ８４によって回転させられる。リール７５，７６はリール駆動モータ８５等によって回転する。これらはテープ供給機構８６を構成している。
【００２５】
バックアップ部材８３の先端面８３ａは、ワークＷ２の溝６０の断面に応じた凸形状をなし、このバックアップ部材８３の先端面８３ａにラッピングテープ３５を巻掛けることにより、ラッピングテープ３５がバックアップ部材８３の先端面８３ａに沿って溝６０の内面に合致する形状となる。すなわちこの実施形態の場合も、バックアップ部材８３の先端面８３ａにラッピングテープ３５の厚みを加えた形状が、溝６０の内面形状に相当することになる。
【００２６】
ラッピングテープ３５は、ワークＷ２の溝６０の軸線と平行な方向にバックアップ部材８３に巻掛けられている。つまりこの実施形態の場合、ラッピングテープ３５がバックアップ部材８３の移動方向に張られているため、加工中にラッピングテープ３５に与えるテンションが小さくても、ラッピングテープ３５の位置がずれてしまうことがない。
【００２７】
次に、上記第２の実施形態の溝加工装置１０Ａの作用について説明する。
図７に示すように供給リール７５から繰り出されたラッピングテープ３５は、供給側の送りローラ７７とテンションローラ８１を経由して、バックアップ部材８３の先端面８３ａに巻掛けられ、さらに巻取側のテンションローラ８２と送りローラ７８を経由して巻取リール７６に巻取られる。ラッピングテープ３５は、バックアップ部材８３と接する箇所において、テンションローラ８１，８２によって適度なテンションが与えられることにより、バックアップ部材８３の先端面８３ａに沿う形状となる。
【００２８】
図６に示す状態から加工ヘッド７１を降下させることにより、バックアップ部材８３の先端面８３ａをワークＷ２の溝６０に進入させるとともに、バックアップ部材８３によってラッピングテープ３５を溝６０の内面に押付ける。この押付け状態を維持したまま、移動機構５８によって加工機本体部５２を溝６０の軸線に沿って第１の方向に相対移動させる。この場合、ラッピングテープ３５は、ワークＷ２の溝６０に対してテープ３５の長さ方向に移動することになる。そののち移動方向を切り替え、加工機本体部５２を第２の方向に相対移動させる。こうしてラッピングテープ３５による溝６０の加工が行われる。
【００２９】
この実施形態の場合も、第１の実施形態と同様に、ワークＷ２に対するラッピングテープ３５の移動方向（相対的な移動方向）を切り替えるたびに移動ストロークを順次変化させ、溝６０の長手方向全体にテープ端を振り分けることで、溝６０の直線度と面粗さを向上させることができる。
【００３０】
溝６０の内面をある程度加工したのち、加工ヘッド７１を上昇させ、供給リール７５から未使用のラッピングテープ３５を所定量繰り出すとともに、使用済みのラッピングテープ３５を巻取リール７６に巻取る。こうすることによって、ラッピングテープ３５の新たな砥粒面が溝６０に接することができるようになるため、砥石を用いる場合のようなドレッシングを要することなく、総型形状の面粗さを高精度に仕上げることが可能となる。
【００３１】
なお、上記第２の実施形態の溝加工装置１０Ａにおいて、バックアップ部材８３を回転可能な円板形とし、加工に伴ってラッピングテープ３５を少しずつ移動させるようにすれば、常に新しいラッピングテープ３５の砥粒面を使用することができ、加工効率を高めることができる。
【００３２】
図９と図１０は、本発明に係る第３の実施形態の溝加工装置１０Ｂを示している。ワークＷ３の一例はボールねじである。この溝加工装置１０Ｂは、ワークＷ３の外周に形成される螺旋状の溝（図１１に示すねじ溝９０）を加工するためのものである。ワークＷ３の両端部はセンタ部材９１，９２によって回転自在に支持されている。ワークＷ３の一端側に設けたアタッチメント９３と駆動部材９４を含む回転機構９５によって、ワークＷ３を軸まわりに回転させることができるようになっている。
【００３３】
テーブル１００上に水平方向に延びるガイドレール１０１が設けられており、このガイドレール１０１に沿って、加工機本体部１０２が水平方向に移動するようになっている。加工機本体部１０２の移動ストローク終端位置は、位置決め用ドグ１０３と近接スイッチ１０４等によって規制される。
【００３４】
加工ヘッド１０９のフレーム１１０に、ラッピングテープ３５を供給するための供給リール１１１と、ラッピングテープ３５を巻取る巻取リール１１２と、送りローラ１１３，１１４と、ガイドローラ１１５と、回転式のバックアップ部材１２０などが設けられている。リール１１１，１１２は、図９に示すリール駆動モータ１２１等によって回転させられる。送りローラ１１３，１１４は、ローラ駆動モータ１２２によって回転する。これらはテープ供給機構１２３を構成している。
【００３５】
バックアップ部材１２０は、例えばウレタンエラストマ等のゴム状弾性体によって円板状に作られている。バックアップ部材１２０の先端面１２０ａは、バックアップ部材１２０の全周にわたってワークＷ３の溝９０の断面に応じた凸形状をなしている。このバックアップ部材１２０の先端面１２０ａにラッピングテープ３５を巻掛け、適度なテンションを与えることによって、ラッピングテープ３５がバックアップ部材１２０の先端面１２０ａに応じて変形し、溝９０の内面に対応した形状となる。この場合、ラッピングテープ３５は、溝９０の加工方向にラッピングテープ３５が張られることになるため、与えるテンションが小さくても、加工中にラッピングテープ３５の位置がずれることを回避できる。
【００３６】
図９に示すように加工ヘッド１０９は、ワークＷ３の溝９０（図１１に示す）のリード角θ１に応じた角度θ２だけ傾けられている。バックアップ部材１２０の反対側の位置に、ワークＷ３を挟むようにして押付けローラ１３０が設けられている。この押付けローラ１３０は、エアシリンダ等を用いた押付け機構１３１によってバックアップ部材１２０に向かって押圧される。これにより、バックアップ部材１２０の先端面１２０ａがワークＷ３の溝９０に進入し、ラッピングテープ３５がバックアップ部材１２０によって溝９０に押付けられるようになっている。
【００３７】
上記のようにバックアップ部材１２０の先端面１２０ａにラッピングテープ３５を沿わせ、押付け機構１３１によって溝９０に押付けた状態で、回転機構９５によってワークＷ３を軸まわりに回転させつつ、その回転量に関連した速度で、加工機本体部１０２をワークＷ３の軸線方向に移動させる。この場合、ラッピングテープ３５の長さ方向にワークＷ３の溝９０が移動することになる。また、加工の途中で、必要に応じてテープ供給機構１２３を駆動するとともにバックアップ部材１２０を回転させることにより、新たなラッピングテープ３５の砥粒面を溝９０の内面に接触させることができる。
【００３８】
上記実施形態では、ワークＷ３が回転する際に、ワークＷ３の回転と同期して加工機本体部１０２を駆動機構によってワークＷ３の軸線方向に積極的に移動させている。但し、ねじ溝９０とバックアップ部材１２０との噛合いを利用して、ワークＷ３が回転する際に加工機本体部１０２がワークＷ３の軸線方向に従動するようにしてもよい。
【００３９】
なお、本発明を実施するに当たって、ワーク、溝、ラッピングテープ等の形態をはじめとして、バックアップ部材や、テープ供給機構、押付け機構、移動機構など、本発明を構成する各要素を適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、ラッピングテープを用いてワークの溝を高精度に仕上げることができ、砥石を用いる場合のようなドレッシングあるいは砥石の交換が不要となり、能率良く溝加工を行うことができる。
請求項２に記載した発明によれば、ラッピングテープのテープ幅あるいはバックアップ部材よりも長い直線溝を、ラッピングテープを相対的に往復移動させることによって加工する場合に、研磨量（取りしろ）が溝の軸線方向にばらつくことを抑制でき、直線溝の面粗さと形状精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  開示例としての第１の実施形態を示す溝加工装置の側面図。
【図２】  図１に示された溝加工装置の加工ヘッドの一部の拡大断面図。
【図３】  図１中の矢印Ｆ２方向から見た溝加工装置の正面図。
【図４】  図１に示された溝加工装置の加工ヘッドのストローク変化を模式的に示す正面図。
【図５】  従来のラッピングテープを用いた場合の加工ヘッドの加工ストロークと加工面を模式的に示す正面図。
【図６】  開示例としての第２の実施形態を示す溝加工装置の側面図。
【図７】  図６に示された溝加工装置の正面図。
【図８】  図６に示された溝加工装置の平面図。
【図９】  本発明に係る第３の実施形態を示す溝加工装置の正面図。
【図１０】  図９に示された溝加工装置の側面図。
【図１１】  図９に示された溝加工装置によって加工されるワークの一部の断面図。
【符号の説明】
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…ワーク
１０，１０Ａ，１０Ｂ…溝加工装置
１１…溝
２０…移動機構
２８…テープ供給機構
３０…バックアップ部材
３０ａ…先端面
３５…ラッピングテープ
４２…押付け機構
５８…移動機構
６０…溝
７２…押付け機構
８３…バックアップ部材
８３ａ…先端面
８６…テープ供給機構
９０…溝
９５…回転機構
１２０…バックアップ部材
１２０ａ…先端面
１２３…テープ供給機構
１３１…押付け機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004442011.tif 000011
【図１１】
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